CN109470947A - 一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法 - Google Patents

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薛玉雄
安恒
杨生胜
王小军
张晨光
苗育君
王光毅
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Abstract

本发明公开了一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法，在地面模拟试验辐射源以及JESD89A标准指定的实验室中子辐射源的辐射下，分别获得单粒子效应截面的观测值记为σ观测和σJ，并获得预定辐射源辐射下的单粒子效应错误个数N0；利用σ观测与σJ的比值B、N0和单粒子效应截面的测量精度因子a构建单粒子效应错误个数计算修正因子A；最后利用修正因子A对σ观测进行修正，得到大气中子单粒子效应敏感器件的截面σ。本发明能够通过修正辐射模拟源的试验数据，获得真实大气中子环境下的单粒子效应截面，实现对机载电子设备在自然环境下遭遇中子辐射进行准确防护和评价。

Description

一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法
技术领域
本发明属于空间辐射效应及加固技术领域，尤其涉及一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法。
背景技术
飞行在临近空间及其以下空域的飞行器(如：飞艇、无人机、军用飞机、X-37等)，因其机动性强、灵活度高而得到国内外军事应用的普遍关注。同时，与卫星系统相比，简易气球、飞艇等飞行器，造价低廉，可以重复使用，不需要昂贵的地面发射设备；而且由于该空域的飞行器与目标的相对距离远小于低轨卫星，且能长时间定点于目标上空，所以其空间优势非常明显。
临近空间及其以下空域中大气中子是空间辐射环境的主要因素，其来源主要有两个方面，一方面是由银河宇宙线和太阳宇宙线中的高能带电粒子与大气相互作用产生的中子。这些中子可以在大气中消失，也可以从大气层向外逃逸，认为是空间中子的主要来源。另一方面是空间中直接产生的中子，包括太阳爆发发射的中子以及地球大气以外的其他中子源发射的中子。同时，对于临近空间的飞行器而言，地球辐射带和宇宙射线中的高能带电粒子与飞行器材料相互作用产生的二次中子也是不容忽视的。
自然空间环境中存在1MeV～1000MeV的高能大气中子，带有存储结构复杂微电子器件的机载电子设备在飞行高度为3000～20000米的自然空间环境中必然会遭遇大约每小时每平方厘米300～18000个1MeV～1000MeV的高能大气中子，产生单粒子效应，从而影响电子设备的可靠性。国际上用敏感截面来表征器件在中子环境中的单粒子效应敏感特性。但是，目前国内还没有真实环境下的敏感截面数据，并且飞行试验成本较高。因此，通过地面模拟试验成为有效的评价器件大气中子单粒子效应敏感特性方法之一。国内，可用于开展地面模拟试验的试验源为14MeV中子辐射源，但是，由于该中子源为单能中子源，而真实环境下中子的能量并不是单能的，因此，利用现有的14MeV中子辐射源进行的模拟试验所得敏感器件的敏感截面与真实环境敏感器件的敏感截面还是存在一定的误差的，并不能直接用于表征敏感器件在真实环境下的敏感特性，进而导致无法准确地对机载电子设备中敏感器件进行安全性分析。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法，能够通过修正辐射模拟源的试验数据，获得真实大气中子环境下的单粒子效应截面，实现对机载电子设备在自然环境下遭遇中子辐射进行准确防护和评价。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法，包括：
步骤一、在地面模拟试验辐射源的辐射下，获得单粒子效应截面的观测值σ观测，并监测单粒子效应错误个数N0；
步骤二、在JESD89A标准指定的实验室中子辐射源的辐射下，获得单粒子效应截面观测值σJ；
步骤三、将σ观测与σJ的比值作为辅助因子B，以辅助因子B、单粒子效应错误个数N0和单粒子效应截面的测量精度因子a构建单粒子效应错误个数计算修正因子A；
步骤四、利用单粒子效应错误个数计算修正因子A，对在预定辐射源下的单粒子效应截面观测值σ观测进行修正，得到大气中子单粒子效应敏感器件的截面σ。
优选地，步骤三所构建的单粒子效应错误个数计算修正因子A的表达式为：
优选地，所述精度因子a为1.96。
优选地，所述地面模拟试验辐射源采用14MeV能量的中子辐射源。
有益效果：
本发明提出的利用试验数据获取单粒子效应器件敏感截面的方法，采用JESD89A标准指定的实验室中子辐射源获得器件单粒子效应截面观测值对在地面模拟试验辐射源下的单粒子效应截面观测值进行修正，获得真实环境下大气中子单粒子效应敏感器件的敏感截面，准确的获敏感取器件的故障率，进而实现对机载电子设备在自然空间环境中遭遇高能中子进行针对性防护与评价。
附图说明
图1为本发明利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供了一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法，其具体实施步骤如下：
步骤一、采用地面模拟试验辐射源得到在该预定辐射源下的单粒子效应截面的观测值σ观测，并监测单粒子效应错误个数N0。
国内目前用14MeV能量的中子辐射源进行地面模拟试验，以获得敏感截面数据。因此在本发明实施例中，采用14MeV中子辐射源作为预定辐射源，获取在14MeV中子辐射源辐射下敏感器件敏感截面的观测值σ观测为σ14MeV，通过监测设备记录工作电压和功耗电流，回读并与辐照前回读文件比较统计模拟实验中发生的敏感器件的单粒子效应错误个数N0。
步骤二、采用JESD89A标准(标准编号：JEDEC JESD89A-2006，中文名称：阿尔法粒子和陆地宇宙光的测量和传送导致在半导体设备中的软错误)指定的实验室中子辐射源，获得器件单粒子效应截面观测值σJ。
步骤三、将步骤二获得的σJ，与上述在预定辐射源下得到单粒子效应截面观测值σ观测进行除运算，得到辅助因子B＝σ观测/σJ。然后利用辅助因子B和单粒子效应错误个数N0计算修正因子A。
修正因子A的获取过程包括：
①根据单粒子效应截面的测量精度计算模型计算得到精度因子a；
②根据辅助因子B、精度因子a以及单粒子效应错误个数计算修正因子A，公式如下：
通常，精度因子a为1.96。
其中，表示对单个粒子效应错误数进行归一化处理，其与精度因子a的乘积，表示归一化后的误差模型计算精度因子。根据误差叠加传递原理，其整个测量误差修正因子是引起误差的不同因子的乘积，因此，试验数据得到的辅助因子B与归一化后的误差精度因子的乘积就表示整个试验过程中的误差。
步骤四、利用这个修正因子A对在预定辐射源下的单粒子效应截面观测值σ观测进行修正。具体为：
将修正因子与在预定辐射源下的单粒子效应截面观测值进行乘积运算，得到大气中子单粒子效应敏感器件的截面σ，计算公式为：
σ＝σ观测×A
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用试验数据确定大气中子单粒子效应截面的方法，其特征在于，包括：
步骤一、在地面模拟试验辐射源的辐射下，获得单粒子效应截面的观测值σ观测，并监测单粒子效应错误个数N0；
步骤二、在JESD89A标准指定的实验室中子辐射源的辐射下，获得单粒子效应截面观测值σJ；
步骤三、将σ观测与σJ的比值作为辅助因子B，以辅助因子B、单粒子效应错误个数N0和单粒子效应截面的测量精度因子a构建单粒子效应错误个数计算修正因子A；
步骤四、利用单粒子效应错误个数计算修正因子A，对在预定辐射源下的单粒子效应截面观测值σ观测进行修正，得到大气中子单粒子效应敏感器件的截面σ。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三所构建的单粒子效应错误个数计算修正因子A的表达式为：
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述精度因子a为1.96。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述地面模拟试验辐射源采用14MeV能量的中子辐射源。
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